环境工程实验小型环境舱的研制与实验设计

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1、环境工程实验小型环境舱的研制与实验设计　　摘要以培养学生的科学素质和创新能力为理念，自行设计和制作小型多功能环境舱，可用于模拟室内环境变化对空气污染物浓度变化的影响，亦可作为室内空气污染物去除的实验装置。介绍其制作思想、结构和功能，并设计与教学内容相适应的实验。　　关键词环境舱；实验教学；环境工程；实验设计　　　　我国环境工程学科是在20世纪70年代中后期迅速发展起来的，到目前为止，大约有140多所大学成立了环境工程专业，而且还在继续增加。　　环境工程是一门新兴的学科，是伴随着工业化和社会化生产方式发展起来的产物。它是一门多学科相交叉的新兴学科，包括工学、理学、管理学和

2、经济学，也是一门实践性很强的应用性学科。环境工程实验是环境工程课程体系的重要组成，它是培养学生创新能力和动手能力的重要途径和保证。为了培养具备一定创新能力、适应我国社会发展要求的创新型环保人才，综合性和设计性实验必须在实验教学中占一定比例[1-3]。　　河南科技大学自招收环境工程专业以来，十分重视学生综合素质和创新能力的培养。不断加强环境专业的课程建设和实践环节，在教学中取得良好的效果。在实验教学环节，除设置水污染控制工程实验、大气污染控制工程实验、固体废弃物处置实验、物理污染控制实验和环境监测实验外，增设环境工程实验。后者是独立于前几门实验之外单独的一门课程，同时也是

3、它们的有益补充，其具有两个特点：一是与课程对应的实验室设为开放性实验室，为本科生提供自主实验和创新设计的场所；二是它的实验项目不固定，不断更新，且要求必须是综合性或设计性实验。　　在此背景下，受河南科技大学大学生训练研究计划资助，构思和设计小型环境舱，它可以实现模拟空气污染物释放规律受环境因素变化的影响，也可以进行空气污染物吸附或光催化降解等控制手段的动态实验。　　1环境舱的设计　　环境舱的设计思路　　环境实验舱一般是由惰性材料制成，汇效应的影响很小，而且舱内的环境参数可精确控制，实验数据具有较好的代表性。目前对于环境舱的研究主要集中在利用环境测试舱，对挥发性有机气体释

4、放特征和释放机理进行研究[4-7]。　　按体积可分为大舱与小舱，小舱价格相对便宜，环境因素容易控制，应用普遍，主要用来测试材料、部件和小型产品，是国际上欧美国家测量建材和室内产品排出的有机污染物的推荐设备。　　本设计的思路是，在较低成本的条件下，设计制备出简易的、多功能的小型实验室设备，能满足综合性和设计性环境工程实验的需要。在功能上，它既要实现模拟空气的参数变化，即需要温度和湿度的调控装置；还要实现控制手段对去除污染的影响，即根据需要设置控制装置。　　1.环境舱的结构和功能　　在上述设计思路的指导下，设计环境舱，其组成如图1所示。它的整体构造主要由空气泵、空气净化系统

5、、流量控制器、加热系统、加湿系统、温湿度控制系统、采样系统、搅拌风机、紫外灯等组成。它的外观图如图2所示。　　1）空气泵与流量计。空气泵选择优质空气薄膜泵为动力，安装在前部净化系统之前。　　空气流量控制采用流量计调节，使空气以/min流量进入环境舱，保持环境舱空气的交换率为次/h。　　流量计安装在前部净化系统之后，以缓冲由于空气泵产生的空气振动对流量计控制的影响，提高流量计的控制精度。　　2）空气净化系统。进入舱内的空气必须是清洁的、足量的，并能保持恒量和干燥。空气净化装置由前后两部分组成[8]。　　①前部净化系统。前部净化系统的功能主要是去除空气中的水分、甲醛和颗粒物

6、等，由两个串联的吸附装置组成：一个是甲醛吸收液瓶，内盛有甲醛吸收液；一个是活性炭吸附柱，内装自制活性炭。将两个吸附装置串联，甲醛吸收液瓶安装在活性炭吸附柱之前，逐级吸附、净化，以保证净化后的空气中甲醛质量浓度≤/m3；　　②后部净化系统。后部净化系统安装在采样口之后，其主要功能是吸收尾气中的甲醛，消除甲醛的二次污染。同样由两个串联的吸附装置组成：一个是甲醛吸收液瓶，内盛有甲醛吸收液；一个是活性炭吸附柱，内装自制活性炭。活性炭吸附柱在前，甲醛吸收液瓶在后组成串联结构，逐级吸附、净化。　　3）温度控制系统。环境测试舱的温度控制系统通常由加热系统和控制系统组成。加热系统主要由

7、电阻丝组成，如果要求升温速率较大，则加热丝功率也比较大，而且在实验箱的底板也设有加热器。加热系统的加热量可由控制系统来决定。控制系统是实验箱的核心，它决定了实验箱的升降温速率及精度等重要指标。环境测试舱的控制器大都采用PID控制方法[9]。本设计采用自行改装的智能型温湿度控制器来控制温度和湿度，并能数字显示舱内温湿度值。为保证温度不受外界温度的影响，减小温度误差，制作的环境舱壳体由3层组成，内层为不锈钢板，外层为有机玻璃板，中间夹层为具有较好隔温性能的玻璃棉层。环境舱在测试活性炭吸附甲醛性能检测中，当环境温度与控温温度相差较大时，环境舱舱